空氣鉆井條件下地質(zhì)錄井新方法探究

邱 風(fēng) 段宏臻

（1、大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司，黑龍江 大慶 163411；2、中國(guó)測(cè)井公司青海事業(yè)部，甘肅 敦煌 736202）

隨著石油鉆探技術(shù)不斷的進(jìn)步和發(fā)展，空氣鉆井技術(shù)由于其自身的一些優(yōu)勢(shì)，在石油鉆探中獲得了廣泛的應(yīng)用。而傳統(tǒng)的錄井方法已經(jīng)不能夠很好的適應(yīng)當(dāng)前空氣鉆井的需求，需要在鉆井方法上進(jìn)行改進(jìn)，從而做好地質(zhì)錄井工作。

1 空氣鉆井原理

鉆頭在進(jìn)行鉆進(jìn)的時(shí)候，由于摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致鉆頭溫度過(guò)高，通過(guò)空氣壓縮機(jī)將空氣進(jìn)行壓縮，使其具有較大的壓力，然后將壓縮的空氣輸送到鉆具里面對(duì)鉆頭進(jìn)行降溫。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，上返的空氣能夠?qū)⒕椎膸r屑帶出，通過(guò)對(duì)帶出的巖屑的水化降塵之后，可以對(duì)其取樣。空氣鉆井技術(shù)比一般的鉆井技術(shù)更具有相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，在鉆井的速度方面，比一般的鉆井技術(shù)更加的迅速，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成鉆井作業(yè)，節(jié)省資金。第二，在產(chǎn)層被打開(kāi)的時(shí)候，采用空氣鉆井能夠有效的對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，防止由于底層結(jié)構(gòu)復(fù)雜而導(dǎo)致的井漏，可以使整個(gè)鉆探過(guò)程對(duì)于環(huán)境的破壞降到最低。

2 現(xiàn)場(chǎng)樣品采集系統(tǒng)

2.1 巖屑撈取

在鉆井的過(guò)程當(dāng)中，如果采用空氣鉆井技術(shù)，那么產(chǎn)生的巖屑是粉塵狀，巖屑的顆粒結(jié)構(gòu)相對(duì)比較小，這就使得巖屑的撈取工作比較困難?？梢酝ㄟ^(guò)在排沙管線位置安裝相應(yīng)的閥門(mén)，并且安裝一個(gè)袋子。這樣在進(jìn)行撈沙的時(shí)候可以將閥門(mén)關(guān)閉，防止在撈沙的時(shí)候出現(xiàn)較大的粉塵，保證撈取工作的順利進(jìn)行。

2.2氣體采集及過(guò)濾

將硅膠筒安裝在過(guò)濾器和排氣管中間，設(shè)置好相應(yīng)的過(guò)濾裝置，為了有效的延長(zhǎng)過(guò)濾裝置的使用時(shí)間，可以在裝置和管線中間安裝相應(yīng)的干燥裝置，從而有效的對(duì)粉塵進(jìn)行過(guò)濾。

3 遲到時(shí)間的計(jì)算方法

3.1 在理論計(jì)算方面

針對(duì)不同的注氣量、氣體密度、井筒直徑、返出巖屑粒徑和密度、排砂管線大小等參數(shù),建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,新編了遲到時(shí)間計(jì)算軟件，實(shí)現(xiàn)了氣體鉆井條件下遲到時(shí)間的連續(xù)計(jì)算，滿足了巖屑撈取、歸位和氣體檢測(cè)、歸位的要求。

3.2 在實(shí)物測(cè)量方面

以向井筒內(nèi)輸送空氣開(kāi)始作為時(shí)間起點(diǎn)，出氣口返屑為結(jié)束時(shí)間，二者時(shí)間差即為真實(shí)巖屑遲到時(shí)間。氣體遲到時(shí)間用環(huán)空與空氣流量比理論計(jì)算，因流速快，理論與實(shí)際誤差可忽略不計(jì)。

4 巖屑描述方法

與傳統(tǒng)的泥漿鉆井相比，空氣鉆井所產(chǎn)生的巖屑是以粉末的形式存在的，這在很大程度上影響了巖屑的描述，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，巖屑原本的構(gòu)造被嚴(yán)重的損壞，第二，很難對(duì)砂樣進(jìn)行只管的描述。因此要對(duì)巖屑進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，首先要對(duì)附近的鉆井的相關(guān)資料進(jìn)行探索，詳細(xì)的了解臨近鉆進(jìn)的巖性，只有這樣才能夠?qū)r屑進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別。在實(shí)際的描述過(guò)程當(dāng)中應(yīng)該做到，對(duì)巖屑的大致形態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的觀察，主要包括其顏色和狀態(tài)，然后借助相應(yīng)的儀器，分析巖屑的相關(guān)的成分以及組成，從而對(duì)不同底層的巖屑性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的掌握。

5 天然氣監(jiān)測(cè)及應(yīng)用技術(shù)

與傳統(tǒng)的泥漿鉆井相比，由于空氣鉆井在鉆進(jìn)的過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的是負(fù)壓，因此底層中的各種氣體很容易被帶出地面，但是在被帶出地面的過(guò)程當(dāng)中，遇到空氣使得各種底層的氣體的濃度大大的下降，這樣獲得的樣品往往都是被空氣稀釋過(guò)之后的。這就使得對(duì)空氣鉆井所取得的氣體樣本的分析應(yīng)該采用具有較高靈敏度的分析儀器才可以保證分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)天然氣的儲(chǔ)量進(jìn)行比較準(zhǔn)確的掌握。

天然氣相關(guān)的顯示層級(jí)在使用空氣鉆井的時(shí)候較低，因此為了確保準(zhǔn)確性應(yīng)該和周?chē)木M(jìn)行相應(yīng)的比對(duì)，從而掌握相對(duì)比較準(zhǔn)確的顯示數(shù)值。

6 地層出水的預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)

在進(jìn)行底層出水預(yù)測(cè)的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)該充分的考慮附近的鄰井的相應(yīng)的數(shù)據(jù)和資料，主要包括出水的位置以及量的大小。要對(duì)地層出水的情況進(jìn)行判斷，可以根據(jù)巖屑的潮濕情況來(lái)具體的進(jìn)行。在進(jìn)行空氣鉆進(jìn)的過(guò)程當(dāng)中，相關(guān)底層的出水量的大小會(huì)導(dǎo)致鉆井中相關(guān)參數(shù)的變化，可以按出水量的大小及工程參數(shù)的表現(xiàn)特征，將地層出水分為3級(jí):

6.1 小流量出水

地層出水量一般低于0.477m3/h?？諝忏@井時(shí)，如果上返鉆屑量減少，注人空氣壓力慢慢增大，鉆屑變大，鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩增大，上提、下放鉆具有阻力，說(shuō)明遇到小水層。地層小流量出水是最危險(xiǎn)的情況，因?yàn)樯倭康乃畬r屑粘結(jié)在一起，在鉆桿上形成泥包，引起井眼縮小、循環(huán)阻力增大、卡鉆等復(fù)雜情況的發(fā)生。

6.2 中等流量出水

地層出水量0.477～7.95m3/h。地層中等流量出水發(fā)生巖屑結(jié)團(tuán)的危險(xiǎn)性較小，因?yàn)樵诳諌簷C(jī)功率足夠的情況下，可將水以氣泡形式吹至地面。由于井內(nèi)水多，鉆屑被稀釋，不會(huì)使巖屑粘結(jié)成塊。但是，對(duì)于存在水敏性不穩(wěn)定地層的井，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的井塌。其最明顯的表現(xiàn)是注人壓力升高，鉆屑突然停止上返，鉆速降低，繼續(xù)注入氣體，排出管口出現(xiàn)液體。

6.3 大流量出水

地層出水量大于7.95m3/h。地層大流量出水危險(xiǎn)性較大，由于大量的水出現(xiàn)，可能造成地層坍塌，而且空壓機(jī)功率也不能將水吹至地面。但是由于井內(nèi)水多，鉆屑被稀釋，不會(huì)使巖屑粘結(jié)成塊。其最明顯的表現(xiàn)是注人壓力明顯升高，鉆屑突然停止上返，鉆速明顯降低。

由于地層出水使得井壁遇水后容易失穩(wěn)、出現(xiàn)地層坍塌，造成井下事故。所以錄井人員應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)地層出水，判斷井壁失穩(wěn)情況，必要時(shí)停止空氣鉆井，轉(zhuǎn)換為鉆井液鉆井，保證井內(nèi)安全。

7 燃爆監(jiān)測(cè)

在進(jìn)行空氣鉆井的過(guò)程當(dāng)中應(yīng)該做好對(duì)爆燃的監(jiān)測(cè)工作，一旦出現(xiàn)爆燃就會(huì)造成持續(xù)的高溫，對(duì)鉆具造成極大的破壞，造成不必要的損失。由于地層中存在大量的易燃?xì)怏w，而在空氣鉆井的過(guò)程當(dāng)中由于這些可燃?xì)怏w和空氣接觸，當(dāng)達(dá)到一定的濃度的時(shí)候就會(huì)發(fā)生燃燒。爆燃的發(fā)生受到很多因素的影響，當(dāng)各種因素都具備的時(shí)候，如果遇到點(diǎn)火，那么就會(huì)產(chǎn)生爆燃。

為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)井下燃爆的發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)增加了紅外一氧化碳分析儀與SK-2000C綜合錄井儀配套使用，監(jiān)測(cè)井下燃爆。錄井人員應(yīng)隨鉆監(jiān)測(cè)返出氣體的可燃?xì)怏w濃度、氧氣濃度、甲烷濃度、硫化氫濃度，以及一氧化碳、二氧化碳濃度、溫度。井下一旦發(fā)生燃爆，在地面上表現(xiàn)為氧氣濃度、甲烷濃度下降，二氧化碳濃度、一氧化碳濃度、溫度上升，鉆頭處的燃爆在2min以內(nèi)可以被監(jiān)測(cè)到，立即通知鉆井隊(duì)采取滅火措施，整個(gè)過(guò)程時(shí)間控制在4～5min內(nèi)，以免造成井下的鉆具破壞。

結(jié)束語(yǔ)

空氣鉆井技術(shù)作為近年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的一種鉆井新工藝，在大幅度提高鉆井實(shí)效、提高鉆井施工隊(duì)伍經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，給地質(zhì)錄井工作者在施工現(xiàn)場(chǎng)資料的錄取工作帶來(lái)了不小的困難。本文在介紹空氣鉆井原理的基礎(chǔ)上，提出了現(xiàn)場(chǎng)空氣鉆井條件下的錄井新方法，包括:現(xiàn)場(chǎng)樣品采集系統(tǒng)、巖屑描述方法、遲到時(shí)間的計(jì)算方法、天然氣監(jiān)測(cè)及應(yīng)用技術(shù)等。同時(shí)，對(duì)空氣錄井條件下的地層出水監(jiān)測(cè)技術(shù)及燃爆監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了探討，可為今后的錄井工作提供借鑒和參考。

[1]李永杰，陳一健，孟英峰.井下燃爆監(jiān)測(cè)技術(shù)在氣體鉆井中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2008.28(5):50～52.

[2]歐陽(yáng)昌.淺談定向井空氣鉆井及測(cè)量技術(shù)[J].石油科技論壇，2004，2(2):57～60.

[3]李永杰，陳一健，孟英峰.井下燃爆監(jiān)測(cè)技術(shù)在氣體鉆井中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2008，(05).